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Gebiet der
Erfindung
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Dies ist eine continuation-in-part
Anmeldung der am 18. März
1996 eingereichten US-Anmeldung Nr. 08/618,428.
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Die Erfindung betrifft die Synthese
von Diamant und insbesondere ein verbessertes Verfahren zur Herstellung
eines Diamantfilms durch chemisches Ausscheiden aus der Dampfphase
und ein verbessertes Ablagerungszielmedium.
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Hintergrund der Erfindung
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Diamanten besitzt viele außergewöhnliche
Eigenschaften einschließlich überragender
Härte,
thermischer Leitfähigkeit
und optischer Leitfähigkeit.
Ein synthetisch durch chemisches Ausscheiden aus der Dampfphase
("CVD" = Chemical vapor
deposition) hergestellter Diamant ist für praktische Anwendungen wie
beispielsweise Verschleißteile,
Wärmeleiter
und optische Fenster kommerziell verfügbar. Obwohl die Kosten für die Herstellung
von CVD-Diamant in den letzten Jahren gesunken sind, sind diese
immer noch recht teuer.
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Die Herstellung eines Diamantfilms
mit einem Verfahren zum chemischen Ausscheiden aus der Dampfphase,
wie beispielsweise einem Plasma-Jet-CVD-Verfahren, erfordert die Berücksichtigung
von vielen praktischen sowie technischen Faktoren. Um eine relativ
hohe Ausbeute zu erzielen, dies ist für die Kosteneffizienz notwendig,
wird der Prozeß bei
hohen Temperaturen ausgeführt.
Die großen
Wärmeflüsse im Ablagerungsbereich
während
und nach der Ablagerung, verursachen Spannungen in dem Diamant,
die zu einem Brechen des Diamantfilms und/oder zu einem Anheben
des Films von dem Ablagerungsziehnedium führen, bevor die Ablagerung
vollständig
erfolgt ist.
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Bei dem Versuch, relativ dicke Filme
(beispielsweise von mindestens 100 Mikron Dicke und für einige Anwendungen
von mehr als 500 Mikron Dicke), sind die Probleme des Filmbrechens
und/oder des vorzeitigen Anhebens (ebenfalls als Delaminierung bezeichnet)
besonders störend
und können
die Produktionsausbeute reduzieren und einen kosteneffizienten Betrieb
verhindern. Die sogenannte "Wiederholbarkeit" stellt ebenfalls ein
Problem dar, d. h. die Fähigkeit,
konsistente Ergebnisse von scheinbar denselben Betriebsbedingungen
zu gewinnen, die sich bei einer oder mehreren Gelegenheiten als
erfolgreich erwiesen haben.
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Es wurde erkannt, daß eine Ursache
für die
Spannung, die den Diamantfilm brechen und/oder vorzeitig abheben
kann, in einem Unterschied zwischen den thermischen Expansionskoeffizienten
von Diamant und dem Zielmedium, auf welchen dieser abgelagert wird,
besteht. Um dieses Problem anzugehen, können Ablagerungsträgermaterialien
ausgewählt
werden, die thermische Expansionskoeffizienten relativ nahe zu dem von
Diamant besitzen. Jedoch müssen
bei der Auswahl der Trägermaterialien
ebenfalls andere Eigenschaften berücksichtigt werden. Beispielsweise
muß das
Material in der Lage sein, in den schwierigen Umgebungsbedingungen
der Ablagerung ganz zu bleiben, die eine hohe Temperatur und das
Vorhandensein von reaktiven Substanzen, wie beispielsweise atomarem
Wasserstoff, der für
den Diamantablagerungsprozeß wesentlich
ist, einschließt.
Als Beispiel ist Graphit als Trägermaterial
attraktiv, weil sein thermischer Ausdehnungskoeffizient im allgemeinen
nahe zu dem von Diamant liegt. Jedoch greift atomarer Wasserstoff
Graphit an. Eine in dem Stand der Technik bekannte Lösung bestand
darin, Graphit mit einer dünnen
Schicht eines Materials wie beispielsweise Molybden, Wolfram oder
kohlenstoffhaltigen Verbindungen, wie beispielsweise Siliciumcarbit,
zu verwenden. Diesem Ansatz war nur ein begrenzter Erfolg bei der
Ausbeutung von relativ dicken intakten Diamantfilmen zuteil. Pulver
aus einem weiten Bereich von Substanzen (beispielsweise feines Pulver
aus SiC, Si, Mo, W, Al2O3,
Ti, Ta, TiO2, h-BN, c-BN, SiO2,
B4C, AlN, Si3N4, WC, MoC oder MoS2,
allein oder in Kombination) wurde als Beschichtung für viele
verschiedene Trägermatertalien
vorgeschlagen und besitzt scheinbar einen gewissen Erfolg, zumindest
bei der Herstellung von relativ dünnen Diamantfilmen. (Hier kann
auf das US-Patent 5,180,571 verwiesen werden.) Jedoch verbleiben
weiterhin Möglichkeiten
zur Verbesserung, insbesondere in Bezug auf die Ausbeute und Wiederholbarkeit
bei der Herstellung von dicken Filmen.
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Zu den Zielen der vorliegenden Erfindung
gehört
es, eine Technik und ein Ablagerungszielmedium zu ersinnen, das
die Herstellung von synthetischem Diamantfilm erleichtert, indem
ein intaktes Wachstum von relativ dicken Filmen durch CVD-Verfahren,
insbesondere CVD mit großem
Wärmefluß wie beispielsweise CVD-Plasma-Jet-Ablagerung
erleichtert wird, und in einem geringeren Ausmaß ebenfalls, indem ein Ablösen des
hergestellten intakten Diamantfilms nach der Ablagerung erleichtert
wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ist auf
Verbesserungen bei der Herstellung von Diamantfilmen, insbesondere
von relativ dicken Diamantfilmen durch CVD-Verfahren gerichtet, mit einer verbesserten
Ausbeute von intakten Diamantfilmen, indem die Wahrscheinlichkeit
eines Brechens des Films und/oder seines Ablösens reduziert wird.
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In Übereinstimmung- mit einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird eine Technik zur Herstellung von Diamantfilmen mit folgenden
Schritten offenbart: Bereitstellen eines Trägers mit einem Elastizitätsmodul
von weniger als 50 GPa, Bereitstellen eines Beschichtungsmaterials,
das einen Binder und Diamantsplitter aufweist, Aufgingen des Beschichtungsmaterials
auf den Träger
und Abscheiden des Diamantfilms auf die Beschichtung durch chemisches
Ausscheiden aus der Dampfphase.
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Der Träger ist aus einem Material
mit einer relativ großen
Elastizität
ausgewählt
und besitzt bevorzugt, wie angegeben, ein Elastizitätsmodul,
das kleiner als 50 Gigapascal (GPa) ist. Ein relativ elastisches
Material hilft, den Aufbau von Spannungen zu vermeiden, und reduziert
die Wahrscheinlichkeit, daß der
letztlich abgeschiedene Diamantfilm sich vorzeitig ablöst und/oder
während
des Ablagerungsprozesses aufgrund einer Nichtübereinstimmung der thermischen
Expansionskoeffizienten und der thermischen Variation in Zeit und Raum
bricht. Geeignete Materialien sind Graphit und Hexagonalboronnitrit.
Graphit, das gegenwärtig
bevorzugt wird, paßt
unter dem Gesichtspunkt des thermischen Ausdehnungskoeffizienten
gut zu Diamant und besitzt eine ausreichende thermische Leitfähigkeit.
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In einer Ausführungsform der Erfindung besitzt
der Binder ein glasbildendes Oxid, bevorzugt Siliciumdioxid. Weitere
glasbildende Oxide sind Aluminiumoxid, Phosphoroxid und Boroxid.
In der am meisten bevorzugten Ausführungsform enthält der glasbildende
Oxidanteil der Beschichtung sowohl Siliciumdioxid als auch Aluminiumoxid.
Bevorzugt sind mindestens 10 Gew.-% der Beschichtung Glassplitter
und mindestens 10 Gew.-% der Beschichtung glasbildende Oxide. Bei
diesen Ausführungsformen
besitzen die Glassplitter eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich
von 0,1 bis 10 Mikron und bevorzugt im Bereich von 1 bis 5 Mikron. Ebenfalls
ist in dieser Ausführungsform
das Verhältnis
von Binder zu Splitter in der Beschichtung bevorzugt in dem Bereich
von 1 : 2 bis 2 : 1, bezogen auf das Gewicht und die Dicke der Beschichtung
liegt bevorzugt in dem Bereich von 10 Mikron bis 200 Mikron und
besonders bevorzugt in dem Bereich von 20 bis 100 Mikron. (Auf das
Gewicht bezogene Verhältnisse
werden hier nur mit Bezug auf die festen Bestandteile angewendet.)
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In Übereinstimmung mit einer Form
der Erfindung wird hier ebenfalls ein Ablagerungszielmedium zur Verwendung
bei der Herstellung von Diamantfilmen durch chemisches Ausscheiden
aus dem Dampf verwendet. In einer offenbarten Ausführungsform
wird ein Ablagerungszielmedium ausgeführt, das folgendes aufweist:
Einen Träger
mit einem Elastizitätsmodul
von weniger als 50 GPa und eine Beschichtung des Trägers, wobei
die Beschichtung einen Binder und Diamantsplitter aufweist.
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Der Anmelder hat herausgefunden,
daß ein
durch Diamantsplitter, gemischt mit einem Kolloid aus glasbildendem
Oxid in Wasser, hergestelltes Beschichtungsmaterial vorteilhaft
auf einem Träger
bevorzugt aus Graphit eingesetzt werden kann. Nach dem Trocknen
besitzt die Schicht aus glasbildendem Oxid und Diamantsplittern
(in denen relativ kleine Körner
von glasformendem Oxid, vorzugsweise sowohl Siliciumdioxid als auch
Aluminiumoxid, die relativ großen
Körner
von Diamantsplittern enthalten) eine Anzahl von vorteilhaften Eigenschaften.
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Das System aus Träger und Beschichtung, das das
Ablagerungszielmedium von dem Träger
bildet, zielt auf mehrere Faktoren, die zu einer verbesserten Diamantfilmablagerung
mit Bezug auf eine vorzeitige Delaminierung und/oder ein Brechen
beitragen. Das Trägermaterial
paßt sehr
gut mit Diamant zusammen unter dem Gesichtspunkt der thermischen
Ausdehnung und besitzt eine relativ hohe Elastizität. Diese
Eigenschaften helfen beide, die ausgebaute Spannung in dem ausgeschiedenen
Diamantfilm abzubauen. Spannungen werden ebenfalls durch Bereitstellen
eines relativ dicken Substrats reduziert, das verbesserte thermische
Leitfähigkeit
und verminderte radiale Temperaturgradienten aufweist. Die Beschichtung
klebt gut sowohl an dem Träger
als auch an dem Diamantfilm und sein Diamantgehalt fördert zusätzlich die
Diamantkeimbildung. Die Dicke der Beschichtung ist ausreichend,
um den Träger
abzudecken und zu schützen
und seine Poren und Unebenheiten zu füllen, jedoch nicht so dick,
um Spalten zu bilden, die in zunehmender Anzahl und Tiefe beobachtet
wurden, wenn die Schicht zu dick gemacht wurde. Eine Steigerung
in der Anzahl und Tiefe der Spalten in der Beschichtung wurde als
Ursache für
eine gestiegene Wahrscheinlichkeit der vorzeitigen Ablösung und/oder
Aufbrechen des abgelagerten Diamantfilms erkannt, so daß es wichtig
ist, die Spalten in der Beschichtung zu reduzieren.
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Die Beschichtung hiernach ist ausreichend
stark, haftend und nachgiebig, um einem vorzeitigen Ablösung zu
widerstehen und trotzdem weich genug, um allgemein das Entfernen
des abgelagerten Films ohne unnötige
Anstrengung zu ermöglichen.
In der Folge aus dem Obigen werden größere Ausbeuten und größere Wiederholbarkeit
bei gleichzeitiger Kosteneffizienz erzielt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden von der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
in Verbindung mit den zugehörigen
Zeichnungen deutlich.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnung
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1 ist
ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung, die zur Umsetzung
von erfindungsgemäßen Ausführungsformen
verwendet werden kann.
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2 ist
ein Flußdiagramm,
das die Verfahrensschritte in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der Erfindung zusammenfaßt.
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Detaillierte
Beschreibung
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Mit Bezug auf 1 ist ein Apparat zum chemischen Ausscheiden
aus der Dampfphase ("CVD") einer Bauart gezeigt,
die bei der Umsetzung einer Ausführungsform
der Erfindung verwendet werden kann. Eine Abscheidekammer 100 ist
im unteren Abschnitt eines Plasma-Jet-CVD-Abscheidesystems 200 vorgesehen, durch
eine oder mehrere Vakuumpumpsysteme evakuiert (nicht dargestellt).
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Das System 200 besitzt ein
Vakuumgehäuse 211 und
weist einen bogenförmigen
Abschnitt 215 auf, der einen zylindrischen Halter 294,
eine stangenartige Kathode 292 und einen Injektor 295 aufweist,
der angrenzend zu der Kathode montiert ist, damit eine eingespritzte
Flüssigkeit
oberhalb der Kathode vorbeigeführt wird.
Eine zylindrische Anode ist in 291 vorgesehen. In dem dargestellten
System, das zur Ablagerung synthetischer Diamanten dient, kann die
Eingabeflüssigkeit
beispielsweise aus einer Mischung von Hydrogen und Methan bestehen.
Das Methan könnte
alternativ auch stromabwärts
eingeführt
werden. Die Anode 291 und die Kathode 292 sind
durch eine elektrische Leistungsquelle (nicht gezeigt) geladen,
beispielsweise auf ein Gleichstrompotential. Zylindrische Magneten,
mit Bezugszeichen 217 versehen, werden zur Steuerung der Plasmaerzeugung
verwendet. Eine Düse,
dargestellt in 115, kann verwendet werden, um die Strahlgröße innerhalb
von Grenzen zu steuern. Optionale Kühlspulen 234, in denen
ein Kühlmittel
zirkulieren kann, sind innerhalb der Magnete angeordnet.
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In einem Betriebsbeispiel wird eine
Mischung aus Wasserstoff und Methan in den Injektor
295 gegeben
und ein Plasma von dem bogenförmigen
Abschnitt erzeugt und beschleunigt, sowie auf den Ablagerungsbereich
fokussiert, in dem ein Träger
angeordnet ist. Wie in der Technik bekannt, werden synthetisch polykristalline
Diamanten aus dem beschriebenen Plasma geformt, weil der Kohlenstoff
in dem Methan wahlweise als Diamant abgelagert wird und das Graphit
in seinen Formen sich durch eine Kombination mit dem atomaren Wasserstoff
zersetzt, der aus der Zersetzung des Wasserstoffgases gewonnen wird.
Zur weiteren Beschreibung des Plasma Jet Abscheidesystems sei Bezug
genommen auf die US-Patente
US
4,471,003 ; 4,487,162; 5,204,144; 5,342,660; 5,435,849 und
5,487,787.
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Ein Dorn
110 ist drehbar
auf einer Welle
111 gelagert und kann einen Abstandshafter
120 und
einen Träger
170 aufweisen,
der auf diesen durch nicht dargestellte Mittel befestigt ist (Schrauben
oder Klemmen sind typisch), wie beispielsweise in der ebenfalls
anhängigen
US-Anmeldung Nr. 08/332,832, die auch auf den Anmelder überschrieben
ist, beschrieben. Der Dorn
110 kann ebenfalls durch geeignete
Mittel gekühlt
werden, beispielsweise durch Verwendung eines Wärmeaustauschfluids (beispielsweise
Wasser), das durch den Dorn zirkuliert, wie ebenfalls in der obigen
US-Anmeldung Nr. 08/332,832 beschrieben. Wie dargestellt, kann der Dorn
in bezug auf die Richtung des Plasma Jets geneigt werden, wie in
US 5,342,660 beschrieben.
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Mit Bezug auf
2 ist ein Flußdiagramm dargestellt, das
die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zusammenfaßt.
Weitere Details des Verfahrens werden nachfolgend ausgeführt. Der
Block
1210 zeigt das Bereitstellen eines Trägers, wobei
die bevorzugten Trägermaterialien
ein relativ niedriges Elastizitätsmodul
besitzen und unter dem Gesichtspunkt der thermischen Ausdehnung
gut zu Diamant passen. Der Block
1210 kann ebenfalls die
Vorbereitung der Oberfläche
des Substrats, auf welchem die Ablagerung erfolgen soll, darstellen.
Der Block
1220 stellt eine flüssige Beschichtung aus einem
Binder und Diamantsplittern dar. (Diamantpulver sind als Kristallisationskeime
und ebenfalls als eine thermisch leitendes Zwischenlager wohl bekannt.
Bezug genommen werden kann beispielsweise auf
US 4,925,701 ; 4,987,002; 5,204,210;
5,298,286 und 5,330,802.) In einer bevorzugten Ausführungsform
hiervon besitzt der Binder ein glasformendes Oxid und ist anfänglich in
flüssiger
Form, wie ein Kolloid in Wasser. Der Block
1230 zeigt die
Anwendung der Flüssigschicht auf
das Substrat und der Block
1240 stellt den Schritt zum
Trocknen der Schicht dar. Die sich ergebende Schicht, deren Oberfläche bevorzugt
im Hinblick auf die Glätte
fertiggestellt wird, besitzt den glasformenden Oxidbinder und Diamantsplitter.
In Ausführungsformen
hiervon besteht der größte oder überwiegende
Teil der getrockneten Beschichtung aus Binder und Diamantsplitter
(mit einem kleinen Anteil von eingeschlossenem Wasser), jedoch können auch
weitere Substanzen vorhanden sein. Der Block
1250 stellt
die Ablagerung eines Diamantfilms auf dem beschichteten Träger durch
chemisches Ausscheiden aus der Dampfphase (CVD) dar, wobei Plasma-Jet-Ablagerung
in dem beispielhaft bevorzugten Ausführungsbeispiel hiervon verwendet
wird. Die Diamantdicke beträgt
bevorzugt mindestens 100 Mikron. Näheres wird nachfolgend ausgeführt.
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Das gegenwärtig bevorzugte Trägermaterial
ist Graphit. Das Graphitmaterial sollte eine relativ kleine Porengröße besitzen,
beispielsweise eine maximale Porengröße kleiner als ungefähr 20 Mikron.
Das ausgewählte
Graphit sollte bevorzugt einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
besitzen, der im wesentlichen dem von synthetischen Diamant entspricht.
Der Graphitträger
kann spanabhebend oder sonst in die gewünschte Form gebracht werden.
In dem bevorzugten Beispiel wird dies eine flache Scheibe sein,
obwohl es sich versteht, daß auch
andere Formen und Konturen verwendet werden können. Das Polieren kann beispielsweise
durch Läppen
erfolgen und die Oberfläche
sollte bevorzugt glatter als die Porengröße poliert sein. Die polierte
Trägergröße kann
nachfolgend unter Verwendung eines Ultraschallreinigers gereinigt
werden. Die Graphitdicke sollte bevorzugt mindestens 10% der Wurzel
ihrer Fläche
betragen, um die thermische Leitfähigkeit und die radialen thermischen
Gradienten zu vermindern, die zu einem vorzeitigen Abheben oder
Brechen führen.
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In einer Ausführungsform hiervon wurde als
Binder Duralco 250 Binder von Cotronics Company aus Brooklyn,
New York, verwendet, der eine natriumhydroxidstabilisierte Siliciumdioxid-Kolloidallösung in
Wasser besitzt. (Obwohl Kolloidale gegenwärtig bevorzugt werden, versteht
es sich, daß die
Binderphase ebenfalls durch Backen von Suspensionen oder Lösungen von
geeigneten Salzen oder organometallischen Vorläufern beruhen kann.) Die Lösung lagert üblicherweise
eine feste Struktur von Siliciumdioxidkörnern beim Trocknen ab. Die
Diamantsplitter besitzen eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich
von 0,1 bis 10 Mikron und bevorzugt im Bereich von 1 bis 5 Mikron.
Ebenfalls in dieser Ausführungsform
ist das Verhältnis
von Binder zu Splittern in der Beschichtung bevorzugt im Bereich
von 1 : 2 bis 2 : 1, bezogen auf das Gewicht. Wenn gröbere Splitter
als aus dem angegebenen Bereich verwendet werden, kann das Verhältnis von
Binder zu Splitter, bezogen auf das Gewicht, am unteren Ende des
Bereichs liegen. Die Mischung von Binder und Splittern in flüssiger Form
kann auf den vorbereiteten Träger
durch geeignete Mittel, wie beispielsweise Sprühen (was bevorzugt wird) oder
Gießen,
Streichen, Drehtechniken oder elektrostatische Schlammanwendungen,
aufgebracht werden. Die Beschichtung wird bei Raumtemperatur luftgetrocknet
und anschließend
ofengetrocknet bei beispielsweise 250°F. Die Beschichtungsoberfläche kann
anschließend
fertiggestellt werden, wie beispielsweise durch Sanden und Läppen und
anschließendes
Blasen mit einem Stickstoffstrom. Der Diamantfilm kann anschließend abgelagert
werden.
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Die Ausrüstung der in
1 gestellten Art wurde verwendet, um
Diamantscheiben mit einem Durchmesser von 8 bis 17 cm herzustellen.
In einigen Beispielen waren repräsentative
Bedingungen für
die Diamantablagerung ungefähr
wie folgt:
| Ablagerungstemperatur: | 900°C |
| Druck: | 10
Torr |
| Enthalpie: | 70–80 kJ/g |
| %CH4: | 0,4% |
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Beschichtungen nach der vorangegangenen
Beschreibung wurden verwendet, um Diamantfilme mit einer Dicke im
Bereich von ungefähr
150 bis 1000 Mikron herzustellen. Intakte Filme, die sich vorzeitig
ablösen,
wurden in der überwiegenden
Anzahl der Fälle
erhalten, mit verbesserter Effizienz verglichen zu Techniken die
andere beschichtete Graphite oder beschichtete und unbeschichtete
Metallträger
verwenden.
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Die oben beschriebene Ausführungsform
verwendete einen Binder aus Natriumhydroxid aus einer stabilisierten
Siliciumdioxidkolloidlösung
in Wasser. Anstelle dieses Binders, der eine einfache stabilisierte
Wasserkollodiallösung
ist, verwendet eine Weiterführung
der Erfindung einen Binder, der eine säurestabilisierte wäßrige Kollodiallösung aus
Quarzen und Aluminiumoxid enthält,
wie beispielsweise der CAT-80-Binder, der von Akzo Nobel Company
aus Marietta, Georgia, verkauft wird. Ansonsten ist die Technik ähnlich zu
der oben beschriebenen. Wieder werden Diamantsplitter mit einer
durchschnittlichen Partikelgröße, bevorzugt
im Bereich 0,1 bis 10 Mikron und bevorzugt im Bereich von 1 bis
5 Mikron verwendet. Erneut ist das bevorzugte Verhältnis von
Binder zu Splitter in der Beschichtung im Bereich von 1 : 2 bis
2 : 1, bezogen auf das Gewicht, und die Beschichtung kann durch
Sprühen
oder andere geeignete Techniken aufgebracht werden, bei Raumtemperatur
luftgetrocknet und anschließend
ofengetrocknet werden, beispielsweise bei 250°F. Wie zuvor, kann die Beschichtung
dann geeignet fertig gestellt werden, woraufhin der Diamantfilm
aufgebracht werden kann.
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Wie bei der vorausgehend beschriebenen
Beschichtung (d. h. mit einem Binder aus einer sodiumhydroxidstabilisierten
Siliciumdioxid-Kolloidallösung
in Wasser), bildet die verbesserte Schicht (mit einem Binder aus
einer säurestabilisierten
wäßrigen Kolloidallösung aus
Quarz und Aluminiumoxid) relativ kleine Körner, die die relativ großen Körner der
Diamantsplitter halten und besitzt die vorausgegangenen Vorteile.
Die verbesserte Beschichtung enthält jedoch Aluminiumoxid (Alaunerde)
ebenso wie Siliciumdioxid (Quarz). (Bevorzugt sind mindestens 10
Gew.-% der Beschichtung Quarz und Aluminiumoxid mit einem größeren Gewichtsanteil an
Quarz als Aluminiumoxid und mit einem Aluminiumoxidanteil von mindestens
1 Gew. % der Beschichtung.) Es wird geglaubt, daß der Quarz von dem Aluminiumoxid
gekapselt wird, jedoch unabhängig
von dem tatsächlichen
strukturellen Aufbau das Vorhandensein von Quarz und Aluminiumoxid
in der Beschichtung, sogar größere Betriebsvorteile
bringt, als bloß das
Quarz der oben beschriebenen Beschichtung. Die verbesserte Beschichtung
verbleibt bei höheren
Temperaturen stabil aufgrund des Vorhandenseins von Aluminiumoxid
in Kombination mit dem Quarz. Der Anmelder hat festgestellt, daß die verbesserte
Beschichtung Diamantfilmablagerung bei höheren Temperaturen gestattet
und die Ablagerung von dickeren Diamantfilmen mit weiterer Reduzierung
beim Auftreten vom Ablösen
und/oder Brechen des abgelagerten Diamantfilms.
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Die mit Bezug auf
1 dargestellte Ausrüstung wurde ebenfalls verwendet,
um Diamantscheiben unter Verwendung der besseren Beschichtung herzustellen.
In einigen Beispielen waren die Bedingungen für die Diamantablagerung ungefähr dieselben
wie die oben aufgeführten,
mit Ausnahme, daß die
Ablagerungstemperatur 980°C
betrug. (Die höhere
Ablagerungstemperatur wurde bei der vorausgegangenen Beschichtung nicht
erfolgreich eingesetzt und führte
zu einem häufigeren
Brechen und/oder vorzeitigem Ablösen
des Diamantfilms während
der Ablagerung.) Genauer betrachtet waren für diese Beispiele die repräsentativen
Bedingungen für
die Diamantablagerung ungefähr
die folgenden:
| Ablagerungstemperatur: | 980°C |
| Druck: | 10
Torr |
| Enthalpie: | 70–80 kJ/g |
| %CH4: | 0,4% |
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Die Fähigkeit, eine höhere Ablagerungstemperatur
zu verwenden, besitzt den Vorteil, Diamantfilme mit verbesserten
Eigenschaften, insbesondere mit verbesserter mechanischer Stärke herzustellen.
Die verbesserte Beschichtung erlaubt die Ablagerung eines dicken
Films in der Größenordnung
von 1000 Mikron und intakte Filme, die sich nicht vorzeitig ablösen, wurden
in der großen
Mehrzahl der Fälle
erzielt, wieder mit einer verbesserten Ausbeute verglichen mit früheren Techniken,
die beschichtetes Graphit und beschichtete oder unbeschichtete Metallträger verwendeten.